场发射显示器阴极结构的发展-资料

场放射显示器阴极构造的进展DevelopmentofCathodeStructureofFieldEmissionDisplayZHAOFu-bao2,WANGHai-jun3(1.BroadcastTelevisionNetworkMediaCo.Ltd.ofShaanxiLuochuanbranch,LuochuanShaanxi727400,China;BroadcastTelevisionNetworkMediaCo.Ltd.ofShaanxiAnsaibranch,AnsaiShaanxi717400,China;3.Xi”anInnovationCollegeYan”anUniversity,Xi”anShaanxi710100,China):FieldEmissionDisplay(FED),withtheadvantagesofbothtraditionalcathode-raytube(CRT)andLiquidCrystalDisplay(LCD),hasagreatdevelopmentpotentialandisexpectedtobecomethemainstreamofdisplaydeviceinthedigitaltelevisionage.Theprincipleofelectronfieldemissionwasdiscussedindetail,fromF-Nformula,FEDcathodematerialsandthecathodestructuredesignprinciplesarediscussed,andfinallydevelopmentofFEDcathodestructurewasexpounded.Keywords:fieldemissiondisplay(FED);Fowler-Nordheimformula;cathodestructure引言色、宽频带、平板化、低功耗、长寿命、无辐射以及低价格等优X大、笨重,不符合显示器件向高清楚度、高区分率、平板化、节能化、数字化、集成化等方向进展的要求,故其应用越来越少。目前,虽然液晶显示器和等离子显示器(PDP)是平板显示器(FPD)市场的主流显示器,但由于它们都存在着一些固有缺陷,所以算FPD色及优势,在具体的应用领域都存在着与其相应的应用空间和进展潜力,而被认为有可能是将来主流显示器的场放射显示器(FED)集中了众多显示器的优点,其潜在的性能优势使之有望成为下一代显示器的主导[1FED的设计依据和进展。场放射原理场致放射与热电子放射不同,它并不需要供给应体内电子以额外的能量,它的根本原理是电子隧道效应,即依靠强的外加电场来压抑物体的外表势垒,使外表势垒的高度降低,宽度变窄,这样放射体内的大量电子由于隧道效应穿透外表势垒逸出,形成场致电子放射。场致电子放射是一种很有效的电子放射方式,放射电流密度很高,放射时间没有迟滞性[2],且功耗低。利用场致放射FED场致放射时,随外加电场的增加,放射体外表势垒的高度越来越低,宽度越来越窄,从放射外表逸出的电子越来越多,使场放射电流也越来越大。1928,R.H.Fowler和L.W.Nordheim应用量子理论,提出了电子确定零度下从清洁金属外表放射进入真空的理论,即在金属和真空界面上加一电场使金属的能带构造弯曲导致电子穿过金属势垒,并推出了场放射电流密度的公式,称F-NJ=AE2exp(-B/E);EA、BA=1.54×10-6φ-1exp(9.89φ-1/2)B=6.87×107φ3/2;(φR.H.FowlerL.W.Nordheim化的假定:抱负金属外表;无视原子尺度;金属内电子听从费米中该式必需加以修正,但该式对于场放射的争论仍有指导意义[3]。虽然上式是在T=0K下得到的,但事实上只要金属外表的功函数不是格外低或外加电场不是很高,则该公式使用确实定温度范围可以扩展到几百摄氏度。对上述公式进展对数处理,得到:ln(J/E2)和1/EF-N系曲线,用作检验场放射的判据,全部的测量点都在一条直线上。从F-N强和放射体的功函数有亲热关系。因此利用场致放射时,应尽量选择低功函数的材料作放射体,并设计恰当的阴极构造,才能满足器件工作的要求。场放射显示器的阴极构造场放射显示器的器件原理图FED的器件原理图如图1所示,直流电源或脉冲直流电源在两块相互平行的极板之间可形成直流电场,冷阴极材料和荧光材料分别涂覆于阴、阳极板上,并分别通过金属电极和透亮电极与电源连接。电子在冷阴极材料的外表逸出并加速,轰击阳极上的荧光粉使之发光。FEDFEDSpindtSpindt类型;平面薄膜型分为金刚石薄膜型、类金刚石薄膜型、纳米金刚石涂层型、SED2分为二极管型与三极管型[4阳极加上肯定的电压时,阴极就会放射出电子,并在阳极电压的加速下,轰击到阳极荧光粉而发光。二极管型构造一般阴阳极间3极管型而言,构造中多了一个栅极,因此最终所需的电压稍低于二极管型构造,其构造是在阴极三角锥型放射体与阳极间参加栅极,当在栅极加上肯定的电压大于三角锥型阴极产生电子的阈值电压后,电子将放射出,同时在阳极电压的加速后,轰击到阳极涂覆的荧光粉使其发光。Spindt加工方法,承受高熔点金属作放射体,在性能方面到达了较高的CRT。但由于涉及到周密光刻、刻蚀和薄膜沉积技术,导致制作本钱很高,且很难实现大屏幕。由于FED所以要想在Spindt和构造,同时要避开制作过程中的周密光刻和刻蚀技术。该工艺中,三角锥型阴极产生电子的阈值电压与栅极开口径有关,有关1μm50V0.5μm法的缺点是工艺简单,本钱较高。SEDFED,即外表传导电子放射显示器(surface-conductionelectron-emitterdisplay,SED)型,是日本佳能(Canon19964[5]10nm左右的PdO10nm10VPdO膜上的电子将向另外一侧PdO此时给阳极加上高电压时,则一局部跳出来的电子将转变方向到阳极,激发阳极上的荧光粉而发光。阳极电压一般比较高,约为6kV左右。SED功耗比彩色LCD大,但是比彩色PDP小,亮度比彩色PDP大。由于SED显示器不需要放射电子束,从而使厚度可以LCD和PDPSED最主要的特点就是比照度较高,这是由它的发光原理打算的。目前公布的比照度为8,600:110,SED就完全可以实现大屏幕,因此被誉为将来很有前景的平板显示器之一。但该构造电子离散角大,区分率低。BSD(ballistic-electronsurface-emittingdevice,BSD5推出的。BSD放射电子冷阴极不用Spindt型的微尖构造,而是承受金属薄膜间的电位所产生的电场来加速电子,成为弹道电子进入纳米硅中,穿过氧化膜隧道,从外表层放出电子,故称BSD[6]。其优点是:(120V;(2)功耗为PDP1/3;(3)亮20,000cd/m2;(4500:1;(5)制作工艺简洁;(6)真1Pa;(7)性能稳定,寿命长。(carbonnanotube,CNT6所示,主要就是利用了CNTs优异的放射电子特性制成了阴极。将整齐排列生长的CNTsCNTs构成场放射阴极,然后制备成三极管型构造[7于CNTs放